ബോയിൽ നിയമം, ചാൾസ് നിയമം, ജി. ലുസാക് നിയമം

ബോയിൽ നിയമം, ചാൾസ് നിയമം, ജി. ലുസാക് നിയമം

ബോയ്‌ൽ നിയമം

റോബർട്ട് ബോയ്ൽ (1627–1691) വാതക മർദ്ദവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള അളവ് ബന്ധം അന്വേഷിക്കുന്നതിനായി പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. അടച്ച പാത്രത്തിൽ ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ വാതകം സ്ഥാപിക്കുന്നതാണ് ഈ പരീക്ഷണത്തിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരുന്നത്. ഏകദേശം നല്ല ഏകദേശ കണക്കനുസരിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ താപനില സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുകയാണെങ്കിൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നുവെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അതുപോലെ, വാതക മർദ്ദം കുറയുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം വാതക വ്യാപ്തത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. ഈ ബന്ധം അറിയപ്പെടുന്നത് ബോയ്‌ൽ നിയമംഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം ഇങ്ങനെയും എഴുതാം:

PV = സ്ഥിരാങ്കം → സമവാക്യം 1

P₁ V₁ = പി₂ V₂ → സമവാക്യം 2

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം, സ്ഥിരമായ താപനിലയിൽ (T), വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദം (P) മാറുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും (V) മാറുന്നതിനാൽ മർദ്ദത്തിന്റെയും വ്യാപ്തത്തിന്റെയും ഉൽപ്പന്നം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നു അല്ലെങ്കിൽ തിരിച്ചും, വാതക മർദ്ദം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു, അതിനാൽ മർദ്ദത്തിന്റെയും വ്യാപ്തത്തിന്റെയും ഉൽപ്പന്നം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും.

വ്യാപ്തവും മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കാണിക്കുന്ന ഒരു ഗ്രാഫ് താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നതുപോലെ കാണപ്പെടുന്നു. തന്റെ പരീക്ഷണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, റോബർട്ട് ബോയിൽ വാതക വ്യാപ്തം ക്രമരഹിതമായി മാറുന്നുണ്ടെന്നും, ഗ്രാഫിലെ രേഖ വളഞ്ഞതായി കാണപ്പെടുന്നുണ്ടെന്നും കണ്ടെത്തി. ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്ന മർദ്ദം ഗേജ് മർദ്ദമല്ല, കേവല മർദ്ദമാണ്.

ചാൾസിന്റെ നിയമം

റോബർട്ട് ബോയിൽ വ്യാപ്തവും മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കണ്ടെത്തി നൂറ് വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം, ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജാക്വസ് ചാൾസ് (1746–1823) താപനിലയും വാതക വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് അന്വേഷിച്ചു. തന്റെ പരീക്ഷണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, വാതക മർദ്ദം സ്ഥിരമായി തുടരുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കുമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. നേരെമറിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ താപനില കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച് വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു.

താപനിലയിലെ മാറ്റങ്ങൾ കാരണം വാതക വ്യാപ്തത്തിൽ മാറ്റങ്ങൾ പതിവായി സംഭവിക്കുന്നതിനാൽ, ഈ ഗ്രാഫിലെ രേഖ നേരെയായി കാണപ്പെടുന്നു. ഗ്രാഫിലെ രേഖ താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ വരച്ചാൽ, അത് ഏകദേശം -273°C യിൽ അച്ചുതണ്ടിനെ വിഭജിക്കും. ^oC.

നടത്തിയ നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ഓരോ വാതകത്തിന്റെയും വ്യാപ്തത്തിലുണ്ടാകുന്ന മാറ്റത്തിന്റെ വ്യാപ്തി വ്യത്യസ്തമാണെങ്കിലും, V-T ഗ്രാഫിലെ രേഖ താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ വരയ്ക്കുമ്പോൾ, രേഖ എല്ലായ്പ്പോഴും അച്ചുതണ്ടിനെ -273 ലാണ് മുറിക്കുന്നത് എന്ന് കണ്ടെത്തി. ^oസി. വാതകം −273 വരെ തണുപ്പിച്ചാൽ നമുക്ക് അത് പറയാൻ കഴിയും ^oC അപ്പോൾ വാതക വ്യാപ്തം = 0. താപനില -273 ൽ താഴെയാകുന്നതുവരെ വാതകം വീണ്ടും തണുപ്പിച്ചാൽ ^oC ആണെങ്കിൽ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം നെഗറ്റീവ് ആയിരിക്കും, അത് അസാധ്യമായ ഒന്നാണ്.

അങ്ങനെ -273 ^oC ആണ് എത്തിച്ചേരാവുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനില. കാരണം രേഖ അച്ചുതണ്ടിനെ ഏകദേശം −273 ൽ വിഭജിക്കുന്നു. ^oC പിന്നീട് പരസ്പര ധാരണ പ്രകാരം, കൈവരിക്കാവുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനില -273,15 ആണെന്ന് നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ടു. ^oസി. ‐273,15 ^oC യെ കേവല പൂജ്യം താപനില എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇത് കെൽവിൻ സ്കെയിൽ എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന കേവല സ്കെയിലിനുള്ള ഒരു റഫറൻസായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ബ്രിട്ടീഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ലോർഡ് കെൽവിന്റെ (1824–1907) പേരിലാണ് കെൽവിൻ അറിയപ്പെടുന്നത്. ഈ സ്കെയിലിൽ, താപനില കെൽവിൻ ഡിഗ്രികളിലല്ല, കെൽവിനിലാണ് (K) പ്രകടിപ്പിക്കുന്നത് (^oK). ഡിഗ്രികൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലെതിന് തുല്യമാണ്. 0 K = ‐273,15 ^oസി യും 273,15 കെ = 0 ഉം ^oC.

സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലെ താപനില 273,15 കൂട്ടി കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാം, കെൽവിൻ സ്കെയിലിലെ താപനില 273,15 കുറച്ചു സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാം. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

ടി (കെ) = ടി (^oസി) + 273,15

ടി (^oസി) = ടി (കെ) ‐ 273,15

കെറ്റെറാൻഗൻ :

ടി = താപനില

കെ = കെൽവിൻ

സി = സെൽഷ്യസ്

താപനില കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ മുകളിലുള്ള ഗ്രാഫ് താഴെയുള്ള ചിത്രം പോലെ കാണപ്പെടും.

ഈ ഗ്രാഫിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിൽ, വാതക വ്യാപ്തം എല്ലായ്പ്പോഴും കേവല താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം. ഒരു വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കുന്നു; നേരെമറിച്ച്, ഒരു വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു. ഈ ബന്ധം ചാൾസിന്റെ നിയമം എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി, ഇത് ഇങ്ങനെ എഴുതിയിരിക്കുന്നു:

വ്യാപ്തം ∝ താപനില → സ്ഥിരമായ മർദ്ദം

V ∝ T → P സ്ഥിരാങ്കം

ചാൾസിന്റെ നിയമം ഇങ്ങനെയും എഴുതാം:

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം, സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിൽ (P) വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില (T) മാറുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും (V) മാറുന്നതിനാൽ കേവല താപനിലയും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യ ഫലം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കും, അല്ലെങ്കിൽ തിരിച്ചും, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും കുറയും, അതിനാൽ താപനിലയും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും എന്നതാണ്. ഒരു വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില എന്നതുകൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന വാതകത്തിന്റെ താപനിലയാണ്. താപനില ഇപ്പോഴും സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലാണെങ്കിൽ, ആദ്യം അതിനെ കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുക.

ഗേ-ലുസാക് നിയമം

ജോസഫ് ഗേ-ലുസാക് (1778–1850) ഒരു പരീക്ഷണം നടത്തി, ഒരു വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുകയാണെങ്കിൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും വർദ്ധിക്കുമെന്ന് കണ്ടെത്തി. നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും കുറയുന്നു. സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തത്തിൽ, വാതക മർദ്ദം വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണ്. ഈ ബന്ധത്തെ ഗേ-ലുസാക് നിയമം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

മർദ്ദം ∝ താപനില → സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം

P ∝ T → V സ്ഥിരാങ്കം

ഗേ-ലുസാക് നിയമം ഇങ്ങനെയും എഴുതാം:

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം, സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തത്തിൽ (V), വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദം (P) മാറുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും (T) മാറുന്നതിനാൽ മർദ്ദവും കേവല താപനിലയും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യ ഫലം സ്ഥിരമായിരിക്കും എന്നാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും വർദ്ധിക്കുന്നു, അല്ലെങ്കിൽ നേരെമറിച്ച്, വാതക മർദ്ദം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും കുറയുന്നു, അതിനാൽ മർദ്ദവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും.

ഒരു വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില എന്നതുകൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന വാതകത്തിന്റെ താപനിലയാണ്. താപനില ഇപ്പോഴും സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിൽ ആണെങ്കിൽ, ആദ്യം അതിനെ കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുക.

വാതക മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും വളരെ ഉയർന്നതല്ലെങ്കിൽ ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം, ചാൾസിന്റെ നിയമം, ഗേ-ലുസാക്കിന്റെ നിയമം എന്നിവ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുമെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. കൂടാതെ, തിളനിലയ്ക്ക് അടുത്തല്ലാത്ത താപനിലയുള്ള വാതകങ്ങൾക്ക് മാത്രമേ ഈ മൂന്ന് നിയമങ്ങൾ ബാധകമാകൂ.

ഈ വസ്തുതയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം, ചാൾസിന്റെ നിയമം, ഗേ-ലുസാക്കിന്റെ നിയമം എന്നിവ എല്ലാ വാതക അവസ്ഥകളിലും പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ലെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം. എല്ലാ യഥാർത്ഥ വാതക അവസ്ഥകളിലും അവ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ, നമുക്ക് ഒരു ആദർശ വാതകം അല്ലെങ്കിൽ ഒരു പൂർണ വാതകം എന്ന ആശയം ആവശ്യമാണ്. ഈ ആദർശ വാതകം ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നില്ല. ഒരു ആദർശ വാതകം ഒരു ആദർശ മാതൃക മാത്രമാണ്, ഒരു കർക്കശമായ ശരീരം, ഒരു ആദർശ ദ്രാവകം എന്നിവയുടെ ആശയങ്ങൾക്ക് സമാനമാണ്. അതിനാൽ, മുകളിലുള്ള മൂന്ന് വാതക നിയമങ്ങൾ എല്ലാ ആദർശ വാതക സാഹചര്യങ്ങളിലും ബാധകമാണെന്ന് ഞങ്ങൾ അനുമാനിക്കുന്നു.

വാതക നിയമ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുമ്പോൾ, താപനില കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രകടിപ്പിക്കണം. വാതക മർദ്ദം ഇപ്പോഴും അളക്കുന്ന മർദ്ദമാണെങ്കിൽ, ആദ്യം അതിനെ കേവല മർദ്ദത്തിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുക. കേവല മർദ്ദം = അന്തരീക്ഷമർദ്ദം + ബാരോമെട്രിക് മർദ്ദംr.